RU2352540C1

RU2352540C1 - Device for sintering of ceramic product with application of heating by microwave radiation and application of external pressure

Info

Publication number: RU2352540C1
Application number: RU2007139152/03A
Authority: RU
Inventors: Юрий Владимирович Быков (RU); Юрий Владимирович Быков; Сергей Васильевич Егоров (RU); Сергей Васильевич Егоров; Анатолий Георгиевич Еремеев (RU); Анатолий Георгиевич Еремеев; Иван Васильевич Плотников (RU); Иван Васильевич Плотников; Кирилл Игоревич Рыбаков (RU); Кирилл Игоревич Рыбаков; Владислав Витальевич Холопцев (RU); Владислав Витальевич Холопцев
Original assignee: Институт прикладной физики РАН
Priority date: 2007-10-24
Filing date: 2007-10-24
Publication date: 2009-04-20

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: device for sintering of ceramic product with application of heating by microwave radiation and application of external pressure comprises heating chamber, which is connected by transfer line to source of microwave radiation, in which die mold is installed, inside of which sintered product stock is placed, pressure to which is transmitted by means of solid rods from single-axis press installed outside heating chamber. At that heating chamber represents multimode resonator. Solid rods are made of dielectric material, and die mold with sintered product stock and rods are placed in heating chamber so that rods perform function of dielectric wave guides for supply of microwave radiation to sintered product. At that value of rods diameter d is comparable to length of radiation wave λ in rods material or more: d≥λ.

EFFECT: higher reliability of device.

5 cl, 2 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к области микроволнового нагрева материалов и может быть использовано для спекания компактированных керамических материалов микроволновым излучением и, более конкретно, для обеспечения однородного спекания керамических изделий с сохранением близкого к исходному размера зерна, в том числе в нанометровом диапазоне.The present invention relates to the field of microwave heating of materials and can be used for sintering compacted ceramic materials with microwave radiation and, more specifically, to ensure uniform sintering of ceramic products while maintaining close to the original grain size, including in the nanometer range.

Нагрев материалов микроволновым излучением используется в настоящее время во многих технических областях. Основное преимущество микроволнового нагрева обусловлено объемным поглощением микроволновой энергии большинством неметаллических материалов. При поглощении микроволновой энергии во всем объеме изделия отсутствует необходимость в передаче тепла за счет теплопроводности, как это происходит при нагреве лучевыми или конвективными потоками тепла в традиционных печах. Поэтому скорости нагрева микроволновым излучением могут быть существенно выше и это является одним из наиболее важных факторов во многих процессах, одним из которых является спекание керамических материалов. Высокие скорости нагрева обуславливают не только существенную экономию энергии и сокращение времени процессов, но, что зачастую более важно при создании высококачественных материалов, позволяют получать керамические изделия с более мелкодисперсной и бездефектной микроструктурой.Microwave heating of materials is currently used in many technical fields. The main advantage of microwave heating is due to bulk absorption of microwave energy by most non-metallic materials. When microwave energy is absorbed in the entire volume of the product, there is no need for heat transfer due to heat conduction, as occurs when heated by radiation or convective heat fluxes in traditional furnaces. Therefore, microwave heating rates can be significantly higher and this is one of the most important factors in many processes, one of which is sintering of ceramic materials. High heating rates cause not only significant energy savings and shorter process times, but, which is often more important when creating high-quality materials, they allow to obtain ceramic products with a finely dispersed and defect-free microstructure.

В последнее время большой интерес вызывает создание наноструктурных керамических и композиционных материалов. В таких материалах повышенные механические свойства сочетаются с низкой склонностью к хрупкому разрушению. Повышенная пластичность наноструктурных материалов позволяет в значительной степени упростить решение проблемы точного формообразования, особенно острой при изготовлении керамических изделий. К настоящему времени разработаны способы получения широкого спектра наноразмерных порошков. Основные трудности создания керамических и композиционных изделий из порошков нанометрового размера связаны с отсутствием адекватного метода, обеспечивающего получение высокоплотных материалов при сохранении близкого к исходному размеру зерна. Существующие в настоящее время традиционные методы уплотнения порошковых материалов либо не обеспечивают достижение необходимых плотностей и эксплуатационных параметров (холодное прессование), либо приводят к значительному разрастанию зерна в процессе спекания (высокотемпературное спекание).Recently, the creation of nanostructured ceramic and composite materials has been of great interest. In such materials, increased mechanical properties are combined with a low tendency to brittle fracture. The increased ductility of nanostructured materials can greatly simplify the solution to the problem of precise shaping, especially acute in the manufacture of ceramic products. To date, methods have been developed to obtain a wide range of nanosized powders. The main difficulties in creating ceramic and composite products from nanometer-sized powders are associated with the lack of an adequate method for obtaining high-density materials while maintaining grain close to the original size. Currently existing traditional methods of compaction of powder materials either do not ensure the achievement of the necessary densities and operational parameters (cold pressing), or lead to a significant increase in grain during sintering (high temperature sintering).

К настоящему времени в лабораторных исследованиях за рубежом получены отдельные наноструктурные керамические материалы высокой плотности такими методами, как спекание при сверхвысоких (до 8 ГПа) давлениях, спекание методом горячего прессования, либо с использованием специально разработанной процедуры приготовления исходных неагломерированных, близких к монодисперсным наноразмерных порошков. Очевидно, что применение данных методов для массового производства изделий из наноструктурной керамики затруднено их высокой стоимостью, большими трудозатратами и малой производительностью.To date, in laboratory studies abroad, individual high-density nanostructured ceramic materials have been obtained by methods such as sintering at ultrahigh (up to 8 GPa) pressures, sintering by hot pressing, or using a specially developed procedure for preparing the initial non-agglomerated, close to monodispersed nanosized powders. Obviously, the application of these methods for the mass production of nanostructured ceramics is hindered by their high cost, high labor costs, and low productivity.

Представляется весьма перспективным метод спекания, использующий нагрев микроволновым излучением с одновременным приложением внешнего давления. Данный метод сохраняет все преимущества микроволнового нагрева и значительно снижает требования к величине прилагаемого давления, что позволяет существенно удешевить технологию и получить керамические материалы с размером зерна, близким к размеру частиц исходного порошка.It seems very promising sintering method, using heating by microwave radiation with the simultaneous application of external pressure. This method retains all the advantages of microwave heating and significantly reduces the requirements for the applied pressure, which makes it possible to significantly reduce the cost of the technology and obtain ceramic materials with grain sizes close to the particle size of the initial powder.

Микроволновый нагрев обычно реализуется в нагревных камерах, представляющих собой одно- или многомодовые резонаторы. Для реализации микроволнового нагрева с приложением внешнего давления необходимо ввести в нагревную камеру элементы, обеспечивающие передачу внешнего давления к нагреваемой заготовке спекаемого изделия.Microwave heating is usually implemented in heating chambers, which are single- or multimode resonators. To implement microwave heating with the application of external pressure, it is necessary to introduce elements into the heating chamber that ensure the transfer of external pressure to the heated billet of the sintered product.

Например, известно устройство, в котором давление в нагревной камере, в которой помещена заготовка спекаемого изделия, создается газом (патент США №5,010,220, МПК B01J 3/04; B01J 19/12; В30В 11/00; С04В 35/645; Н05В 6/80, публ. 1991 г.). К числу недостатков такого решения относится необходимость создания прочной камеры, выдерживающей высокое давление газа.For example, a device is known in which the pressure in the heating chamber in which the billet of the sintered product is placed is created by gas (US Pat. No. 5,010,220, IPC B01J 3/04; B01J 19/12; B30B 11/00; C04B 35/645; H05B 6 / 80, publ. 1991). Among the disadvantages of this solution is the need to create a durable camera that can withstand high gas pressure.

Известно также устройство, в котором нагревная камера, в которой помещена заготовка спекаемого изделия, заполняется гранулированным материалом, способным передавать давление (патент США №6,309,594, МПК B22F 3/14; B22F 3/15; Н05В 6/78, публ. 2001 г.). Данный гранулированный материал выполняет одновременно функцию поглотителя, обеспечивая выделение тепла при поглощении микроволнового излучения, которое передается заготовке спекаемого изделия. Как и в предыдущем примере, в данном устройстве давление приложено ко всей поверхности нагревной камеры, что требует принятия специальных мер по повышению ее механической прочности.A device is also known in which the heating chamber in which the billet of the sintered product is placed is filled with granular material capable of transmitting pressure (US Pat. No. 6,309,594, IPC B22F 3/14; B22F 3/15; H05B 6/78, publ. 2001 ) This granular material simultaneously performs the function of an absorber, providing heat during the absorption of microwave radiation, which is transmitted to the billet of the sintered product. As in the previous example, in this device, pressure is applied to the entire surface of the heating chamber, which requires special measures to increase its mechanical strength.

Наиболее близкими к предлагаемому устройству по технической сущности являются устройства для микроволнового спекания керамического изделия, в которых спекаемое изделие помещается в пресс-форму, а давление передается посредством твердых стержней. В качестве ближайшего аналога может быть выбрано устройство для спекания, описанное в патенте США №5,365,042, МПК С04В 35/64; С04В 35/645; Н05В 6/80; публ. 1994 г. Устройство-прототип включает в себя нагревную камеру, представляющую собой одномодовый резонатор и соединенную волноводом с источником микроволнового излучения. В нагревной камере размещается пресс-форма. В пресс-форме располагается заготовка спекаемого изделия, давление к которой передается посредством твердых стержней от одноосного пресса, расположенного вне нагревной камеры. Существенным для данного технического решения является то, что для обеспечения эффективного нагрева пресс-форма должна быть выполнена из материала, прозрачного для микроволнового излучения или слабо поглощающего микроволновое излучение, поскольку микроволновое излучение может достигнуть спекаемого изделия, только пройдя через пресс-форму.Closest to the proposed device in technical essence are devices for microwave sintering of ceramic products, in which the sintered product is placed in the mold, and the pressure is transmitted through solid rods. As the closest analogue, a sintering device described in US Pat. No. 5,365,042, IPC C04B 35/64; C04B 35/645; H05B 6/80; publ. 1994. The prototype device includes a heating chamber, which is a single-mode resonator and connected by a waveguide to a microwave source. A mold is placed in the heating chamber. The billet of the sintered product is located in the mold, the pressure to which is transmitted by means of solid rods from a uniaxial press located outside the heating chamber. Essential for this technical solution is that to ensure efficient heating, the mold must be made of a material that is transparent to microwave radiation or weakly absorbing microwave radiation, since microwave radiation can reach the sintered product only by passing through the mold.

Недостатком ближайшего аналога является то, что необходимость выполнения пресс-формы из материала, прозрачного для микроволнового излучения или слабо поглощающего микроволновое излучение, ограничивает надежность данного устройства при высоких давлениях. Это связано с тем, что к материалам, прозрачным для микроволнового излучения или слабо поглощающим микроволновое излучение, а также способным выдерживать высокие температуры, при которых проводятся процессы спекания, фактически относятся только керамические и некоторые композитные материалы. Такие материалы склонны к хрупкому разрушению при приложении к ним значительных механических нагрузок.A disadvantage of the closest analogue is that the need to make a mold of a material that is transparent to microwave radiation or weakly absorbing microwave radiation limits the reliability of this device at high pressures. This is due to the fact that materials that are transparent to microwave radiation or weakly absorb microwave radiation, and are also able to withstand high temperatures at which sintering processes are carried out, actually include only ceramic and some composite materials. Such materials are prone to brittle fracture when significant mechanical loads are applied to them.

Задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является разработка более надежного устройства для спекания керамического изделия с использованием нагрева микроволновым излучением и приложением внешнего давления.The problem solved by the invention is the development of a more reliable device for sintering a ceramic product using microwave heating and the application of external pressure.

Технический результат в разработанном устройстве достигается тем, что разработанное устройство для спекания керамического изделия с использованием нагрева микроволновым излучением и приложением внешнего давления, так же как и устройство-прототип, включает в себя нагревную камеру, соединенную линией передачи с источником микроволнового излучения, в которой размещается пресс-форма. Внутри пресс-формы располагается заготовка спекаемого изделия, давление к которой передается посредством твердых стержней от одноосного пресса, расположенного вне нагревной камеры.The technical result in the developed device is achieved by the fact that the developed device for sintering a ceramic product using microwave heating and applying external pressure, as well as the prototype device, includes a heating chamber connected by a transmission line to the microwave radiation source, in which Press form. Inside the mold is a billet of a sintered product, the pressure to which is transmitted by means of solid rods from a uniaxial press located outside the heating chamber.

Новым в разработанном устройстве является то, что нагревная камера представляет собой многомодовый резонатор, упомянутые твердые стержни изготовлены из диэлектрического материала, а упомянутая пресс-форма с заготовкой спекаемого изделия и стержнями расположена в нагревной камере таким образом, что стержни выполняют функцию диэлектрических волноводов для подачи микроволнового излучения к заготовке спекаемого изделия, при этом диаметр стержней d по порядку величины сравним с длиной волны λ излучения в материале стержней или больше нее: d≥λ.New in the developed device is that the heating chamber is a multimode resonator, said solid rods are made of dielectric material, and said mold with a sintered product blank and rods is located in the heating chamber so that the rods act as dielectric waveguides for microwave supply radiation to the workpiece of the sintered product, while the diameter of the rods d is comparable in order of magnitude with the wavelength λ of radiation in the material of the rods or no longer : D≥λ.

При этом пресс-форму больше не требуется выполнять из материала, прозрачного для микроволнового излучения или слабо поглощающего микроволновое излучение, что позволяет расширить область материалов, применимых для изготовления пресс-формы. Это позволяет значительно повысить надежность устройства в целом и существенно увеличить максимальное давление прессования.In this case, the mold is no longer required to be made of a material that is transparent to microwave radiation or weakly absorbing microwave radiation, which allows you to expand the range of materials applicable for the manufacture of the mold. This can significantly increase the reliability of the device as a whole and significantly increase the maximum pressing pressure.

Целесообразно в одном частном случае использовать разработанное устройство, в котором пресс-форма изготовлена из металлического материала.It is advisable in one particular case to use the developed device in which the mold is made of metal material.

Целесообразно в другом частном случае использовать разработанное устройство, в котором пресс-форма с заготовкой спекаемого изделия размещается внутри тепловой изоляции из материала с малым коэффициентом поглощения микроволнового излучения и низкой теплопроводностью.It is advisable in another particular case to use the developed device, in which a mold with a billet of a sintered product is placed inside thermal insulation from a material with a low absorption coefficient of microwave radiation and low thermal conductivity.

Целесообразно в третьем частном случае использовать разработанное устройство, в котором подаваемое в камеру микроволновое излучение сформировано в виде волнового пучка.It is advisable in the third particular case to use the developed device in which the microwave radiation supplied to the chamber is formed in the form of a wave beam.

Целесообразно в четвертом частном случае использовать разработанное устройство, в котором управление процессом спекания керамического изделия осуществляется в автоматическом режиме с использованием в качестве управляющего параметра величины его усадки.It is advisable in the fourth particular case to use the developed device in which the control of the sintering process of a ceramic product is carried out automatically using the shrinkage value as a control parameter.

Возможно также использовать разработанное устройство, в котором заготовка спекаемого изделия компактируется из нанодисперсного порошка, при этом в качестве материала для заготовки спекаемого изделия целесообразно использовать окись алюминия с органической связкой или без нее.It is also possible to use the developed device in which the billet of the sintered product is compacted from nanosized powder, while it is advisable to use aluminum oxide with or without an organic binder as the material for the preparation of the sintered product.

Влияние перечисленных в п.1 формулы изобретения существенных признаков на достижение указанного технического результата может быть объяснено следующим образом. В нагревной камере, представляющей собой многомодовый резонатор, микроволновое излучение распределено по всему объему камеры. При размещении в камере устройства для прессования, включающего в себя металлическую пресс-форму и диэлектрические стержни, передающие давление, часть стержней, находящаяся вне металлической пресс-формы, находится в области, где имеется микроволновое излучение. Диэлектрические стержни выполняют роль диэлектрических волноводов и способны каналировать падающее на них микроволновое излучение, направляя его вдоль стержня к заготовке спекаемого изделия, где оно поглощается, обеспечивая нагрев заготовки. Для обеспечения прохождения микроволнового излучения внутрь пресс-формы диаметр стержней и отверстий под стержни должен быть по порядку величины сравним с длиной волны излучения в материале стержней или больше нее.The influence of the essential features listed in claim 1 of the claims on the achievement of the indicated technical result can be explained as follows. In a heating chamber, which is a multimode resonator, microwave radiation is distributed throughout the chamber. When a pressing device is placed in the chamber, including a metal mold and dielectric rods transmitting pressure, a part of the rods outside the metal mold is located in the region where microwave radiation is present. Dielectric rods play the role of dielectric waveguides and are able to channel the incident microwave radiation, directing it along the rod to the workpiece of the sintered product, where it is absorbed, providing heating of the workpiece. To ensure the passage of microwave radiation into the mold, the diameter of the rods and the holes for the rods should be comparable in order of magnitude with the radiation wavelength in the material of the rods or more.

Возможность изготовления пресс-формы из металла позволяет существенно увеличить максимальное давление прессования, несмотря на то, что стержни, передающие давление прессования, должны быть изготовлены из диэлектрического (в частности, керамического) материала. Это объясняется тем, что при прессовании в стержнях возникают сжимающие напряжения, а в пресс-форме - растягивающие. Известно, что керамические материалы имеют сравнительно низкий предел прочности на растяжение и существенно более устойчивы к сжимающим напряжениям. Поэтому замена материала пресс-формы с керамического (необходимого при использовании ближайшего аналога) на металлический, ставшая возможной при использовании данного изобретения, позволяет существенно увеличить максимальное давление прессования и значительно повысить надежность устройства в целом.The possibility of manufacturing a mold from metal can significantly increase the maximum pressing pressure, despite the fact that the rods transmitting the pressing pressure must be made of a dielectric (in particular, ceramic) material. This is explained by the fact that during pressing, compressive stresses appear in the rods, and tensile stresses arise in the mold. It is known that ceramic materials have a relatively low tensile strength and are significantly more resistant to compressive stresses. Therefore, the replacement of the mold material from ceramic (necessary when using the closest analogue) to metal, which became possible when using this invention, can significantly increase the maximum pressing pressure and significantly increase the reliability of the device as a whole.

Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг.1 приведено схематическое изображение разработанного устройства для спекания керамического изделия с использованием нагрева микроволновым излучением и с приложением внешнего давления.Figure 1 shows a schematic representation of the developed device for sintering a ceramic product using microwave heating and with the application of external pressure.

На фиг.2 представлен более подробно узел разработанного устройства, обеспечивающий приложение внешнего давления к заготовке спекаемого керамического изделия.Figure 2 presents in more detail the node of the developed device, which provides the application of external pressure to the workpiece sintered ceramic products.

Разработанное устройство для спекания керамического изделия, представленное на фиг.1, содержит источник 1 микроволнового излучения мощностью до 10 кВт с регулируемой выходной мощностью. Источником 1 микроволнового излучения может быть гиротрон, например модель GCGT-30/10/CW с частотой излучения 30 ГГц, изготавливаемый компанией ЗАО НПП ГИКОМ, Россия. Микроволновая мощность передается через специально сконструированную квазиоптическую линию передачи 2 к микроволновой нагревной камере 3. Излучатель 4 и первое зеркало 5 линии передачи 2 трансформируют рабочую моду Н₀₂ гиротрона в гауссов волновой пучок, и направляют волновой пучок на второе зеркало 6, которое фокусирует волновой пучок на входном окне 7 нагревной камеры 3. Линия передачи 2 включает в себя водоохлаждаемую металлическую пластину 8, покрытую керамическим слоем, который поглощает микроволновое излучение, отраженное от камеры 3. Все компоненты линии передачи 2 помещены в закрытый металлический кожух 9. Микроволновая мощность, поглощаемая в пластине 8, измеряется калориметрическим измерителем мощности.The developed device for sintering a ceramic product, shown in figure 1, contains a source 1 of microwave radiation with a power of up to 10 kW with an adjustable output power. A microwave radiation source 1 can be a gyrotron, for example, a GCGT-30/10 / CW model with a radiation frequency of 30 GHz manufactured by ZAO NPP GIKOM, Russia. Microwave power is transmitted through a specially designed quasi-optical transmission line 2 to the microwave heating chamber 3. The emitter 4 and the first mirror 5 of the transmission line 2 transform the working mode H _{02 of the} gyrotron into a Gaussian wave beam, and direct the wave beam to the second mirror 6, which focuses the wave beam on the input window 7 of the heating chamber 3. The transmission line 2 includes a water-cooled metal plate 8 coated with a ceramic layer that absorbs microwave radiation reflected from the chamber 3. All components of the transmission line 2 are placed in a closed metal casing 9. The microwave power absorbed in the plate 8 is measured by a calorimetric power meter.

Микроволновая нагревная камера 3 изготовлена из нержавеющей стали в виде цилиндрической камеры диаметром около 500 мм и высотой 600 мм. Охлаждаемая водой вакуумно-плотная нагревная камера 3 позволяет проводить нагрев изделий в вакууме и любой газовой атмосфере. Она снабжена прозрачным для микроволнового излучения входным окном 7, а также расположенным между телом камеры и ее крышкой 10 кольцеобразным резиновым уплотнением (не показанным на рисунке), защищенным от попадания на него микроволнового излучения. Камера 3 является ненастроенным многомодовым резонатором. Входящий в нагревную камеру 3 волновой пучок отражается рассеивателем излучения 11, выполненным в виде металлической полусферы с углублениями диаметром порядка половины длины волны излучения. Рассеиватель 11 вращается электрическим мотором 12 с помощью эксцентрического механизма 13. Волновой пучок возбуждает одновременно сотни собственных мод камеры 3. Электромагнитные поля собственных мод образуют в результате суперпозиции достаточно однородное распределение микроволновой энергии во всем объеме камеры 3. Дополнительное выравнивание распределения микроволновой энергии обеспечивается перемешивателем мод 14. Перемешиватель мод 14, снабженный лопастями специальной конфигурации, размещен на крышке 10 микроволновой камеры 3. Перемешиватель мод 14 приводится в движение электрическим мотором и совершает одновременно вращение и колебание. Микроволновая камера 3 снабжена фланцем 15, имеющим электрически изолированный ввод для подключения термопары 16, электрический сигнал от которой поступает на измерительное устройство 17.The microwave heating chamber 3 is made of stainless steel in the form of a cylindrical chamber with a diameter of about 500 mm and a height of 600 mm. Water-cooled vacuum-dense heating chamber 3 allows you to heat products in a vacuum and any gas atmosphere. It is equipped with an input window 7 transparent for microwave radiation, as well as a ring-shaped rubber seal (not shown in the figure) located between the camera body and its cover 10, which is protected from microwave radiation. Camera 3 is a non-tuned multimode resonator. The wave beam entering the heating chamber 3 is reflected by a radiation scatterer 11 made in the form of a metal hemisphere with recesses with a diameter of the order of half the radiation wavelength. The diffuser 11 is rotated by the electric motor 12 using an eccentric mechanism 13. The wave beam simultaneously excites hundreds of eigenmodes of the chamber 3. As a result of the superposition, the electromagnetic fields of the eigenmodes generate a fairly uniform distribution of microwave energy throughout the chamber 3. An additional equalization of the distribution of microwave energy is provided by the modulator 14 The mixer mod 14, equipped with blades of a special configuration, is placed on the cover 10 of the microwave chamber 3. Trans Fashion meshivatel 14 driven by an electric motor and performs simultaneous rotation and oscillation. The microwave chamber 3 is equipped with a flange 15 having an electrically isolated input for connecting a thermocouple 16, the electric signal from which is supplied to the measuring device 17.

Заготовка спекаемого изделия 18 в виде компакта, полученного прессованием порошка, например окиси алюминия, с использованием органической связки или без нее, до плотности порядка 50-70% от теоретической плотности, помещается внутри цилиндрической пресс-формы 19, изготовленной из стали, в соответствии с п.2 формулы изобретения. Пресс-форма 19 с заготовкой спекаемого изделия 18 окружена тепловой изоляцией 22 в соответствии с п.3 формулы изобретения. Узел устройства, служащий для приложения внешнего давления к заготовке спекаемого изделия 18, показан более подробно на фиг.2. В отверстия пресс-формы 19 входят стержни 21, изготовленные из керамики на основе оксида алюминия. Стержни 21 передают давление от сильфона 20, создаваемое сжатым газом из баллона 25. Перемещение одного из стержней 21, а соответственно, и усадка спекаемого изделия 18 измеряются датчиком перемещения 26.The preparation of the sintered product 18 in the form of a compact obtained by pressing a powder, for example aluminum oxide, with or without an organic binder, to a density of about 50-70% of theoretical density, is placed inside a cylindrical mold 19 made of steel, in accordance with claim 2 of the claims. The mold 19 with the billet of the sintered product 18 is surrounded by thermal insulation 22 in accordance with paragraph 3 of the claims. The device assembly, which serves to apply external pressure to the billet of the sintered product 18, is shown in more detail in Fig.2. The holes of the mold 19 include rods 21 made of ceramic based on alumina. The rods 21 transmit pressure from the bellows 20 generated by the compressed gas from the cylinder 25. The movement of one of the rods 21, and accordingly, and the shrinkage of the sintered product 18 are measured by a displacement sensor 26.

Температура на поверхности спекаемого изделия 18 измеряется высокотемпературной термопарой 16. Головка термопары находится в контакте с поверхностью изделия, а ее свободные концы соединяются через электрически изолированные выводы с измерительным устройством 17. Данные с измерительного устройства 17 подаются на компьютер 23. Также на компьютер подается информация о величине усадки спекаемого изделия 18 с датчика перемещения 26. Компьютер 23 управляет работой источника питания 24, который питает микроволновый источник 1. Таким образом, цепь обратной связи охватывает компоненты разработанного устройства для спекания керамического изделия 18.The temperature on the surface of the sintered product 18 is measured by a high-temperature thermocouple 16. The head of the thermocouple is in contact with the surface of the product, and its free ends are connected through electrically isolated leads to the measuring device 17. Data from the measuring device 17 is supplied to the computer 23. Information is also transmitted to the computer about the amount of shrinkage of the sintered product 18 from the displacement sensor 26. The computer 23 controls the operation of the power source 24, which powers the microwave source 1. Thus, the circuit atnoy communication device includes components designed to sinter the ceramic article 18.

Управление процессом спекания керамического изделия 18 с использованием нагрева микроволновым излучением и приложением внешнего давления может осуществляться в автоматическом режиме с использованием в качестве управляющего параметра температуры поверхности спекаемого изделия 18 или величины его усадки в соответствии с п.5 формулы изобретения. В первом случае управление осуществляется в соответствии с заданным температурно-временным режимом нагрева, во втором случае - в соответствии с заданной зависимостью скорости усадки изделия от времени. Специально разработанное программное обеспечение управляет ходом нагрева спекаемого изделия 18 в соответствии с заданным режимом.The process of sintering of a ceramic product 18 using microwave heating and applying external pressure can be controlled automatically using the surface temperature of the sintered product 18 or its shrinkage as a control parameter in accordance with claim 5. In the first case, control is carried out in accordance with a predetermined temperature-time regime of heating, in the second case, in accordance with a predetermined dependence of the product shrinkage rate on time. Specially designed software controls the heating of the sintered product 18 in accordance with a given mode.

Данное описание предпочтительной реализации изобретения представлено с иллюстративной целью. Оно не является исчерпывающим и не ограничивает изобретение изложенными рамками. При реализации изобретения возможны многочисленные разновидности и модификации. Изобретение ограничивается не данным описанием, а нижеследующей формулой изобретения.This description of a preferred embodiment of the invention is provided for illustrative purposes. It is not exhaustive and does not limit the invention to the scope set forth. When implementing the invention, numerous varieties and modifications are possible. The invention is limited not by this description, but by the following claims.

Claims

1. A device for sintering a ceramic product using microwave heating and applying external pressure, comprising a heating chamber connected by a transmission line to a microwave source, in which a mold is placed, inside which there is a blank of a sintered product, the pressure to which is transmitted by solid rods from a uniaxial press located outside the heating chamber, characterized in that the heating chamber is a multimode resonator, said solid The cores are made of dielectric material, and the aforementioned mold with the sintered product blank and cores is located in the heating chamber so that the cores act as dielectric waveguides for supplying microwave radiation to the sintered product, while the diameter of the cores d is comparable in order of magnitude with the length radiation waves λ in the material of the rods or more: d≥λ.

2. The device according to claim 1, characterized in that the mold is made of metal material.

3. The device according to claim 1, characterized in that the mold with the workpiece of the sintered product is placed inside the thermal insulation of a material with a low absorption coefficient of microwave radiation and low thermal conductivity.

4. The device according to claim 1, characterized in that the microwave radiation supplied to the chamber is formed in the form of a wave beam.

5. The device according to claim 1, characterized in that the control of the sintering process of the ceramic product is carried out automatically using the shrinkage value as a control parameter.